[发明专利]一种多孔铝碳材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝碳材料技术领域。尤其涉及一种多孔铝碳材料及其制备方法。

背景技术

以Al₂O₃-C耐火材料为代表的含碳制品在连铸工艺中作为钢包和控流耐火材料被广泛采用，已成为连铸上应用最广泛的耐火材料，大量用于钢包和中间包滑动水口系列产品和连铸三大件(长水口、浸入式水口和塞棒)等。连铸三大件在炼钢生产中处于十分重要的位置，其质量的好坏对于连铸生产的连续性和稳定性具有重要的意义。目前全世界80％的钢坯采用连铸技术生产。其中，钢包滑板、长水口、浸入式水口、塞棒以及中间包滑板是实现高可靠性连铸的关键耐火材料，它们性能的优劣直接影响着连铸效率和钢坯质量。在国家持续加大特殊钢产品升级开发的力度、努力替代进口和满足国内装备制造业提升的新增市场需求的形式下，提高连铸关键耐火材料的使用寿命和降低对钢水质量的影响显得尤为重要。

围绕着优化和提高Al₂O₃-C耐火材料组织、结构、制备和性能的目的，人们已开展了大量的研究工作并成功开发出用于冶炼的铝碳耐火材料，这些研究主要关注于改善Al₂O₃-C耐火材料抗侵蚀性并提高连铸炉次。但是，Al₂O₃-C耐火材料的损毁及对钢质量的影响除了耐火材料与钢渣和钢水之间的相互作用因素以外，人们往往忽视了Al₂O₃-C耐火材料主要成分Al₂O₃和C之间在炼钢温度下发生的碳热还原反应及其对钢水质量和铝碳材料性能的影响。

氧化铝的碳热还原反应式为：

Al₂O_3(S)+3C_(S)＝2Al_(l)+3CO_(g)(1)

在一个大气压下，反应式(1)发生所需要的最低温度为2200℃，远高于钢水连铸的温度。所以，该反应在Al₂O₃-C耐火材料的抗侵蚀性及对钢水质量的影响研究中往往被人们所忽略。单纯从氧化铝和碳之间的固相反应来分析，在炼钢温度下，反应式(1)是不会发生的，但在金属溶液存在的情况下，氧化铝的碳热还原反应在炼钢温度下则是可以发生的。

上世纪八十年代末期，Frank等人(Robert A.Frank,Charles W.Finn and John F.Elliott.Physical Chemistry of the Carbothermic Reduction of Alumina in the Presence of a Metallic Solvent:Pa rtⅡ.Measurements of Kinetics of Reaction.Metallurgical Transactions B,1989,20B(4),161-173)曾研究了1700-1850℃和在0.08-0.2atm温度下，有锡或铜金属溶液存在的情况下氧化铝的碳热还原反应，研究发现有金属溶液存在的情况下，氧化铝的碳热还原反应是可以发生的，其反应式为：

Al₂O_3(S)+3C_(S)＝2Al+3CO_(g)(2)

式(2)中：Al表示溶解在金属溶液中的Al。